柔性直流并网对交流系统短路电流的影响研究

摘要

柔性直流输电应用场景广泛，并被认为是未来电网的发展方向，特别适合于解决城市电网本地电源“空心化”形式下的供电分区有功、无功支撑能力不足难题。城市电网网架结构密集，短路电流水平高，柔性直流对交流系统短路电流的影响必须深入研究。现有短路电流计算标准及方法均未涉及交流系统短路故障时柔性直流对交流系统短路电流的影响。本文基于PSCAD搭建含两端两电平柔性直流的交直流混联系统，系统采用PWM脉宽调制方式。研究了柔性直流系统提供短路电流的暂态特性，讲解了换流器开关器件IGBT的工作原理和种类、柔性直流的分类和控制策略。分析了柔性直流向交流系统注入短路电流的机制。当受端交流线路发生短路故障时，交流侧电压迅速降低，电流迅速增大。常规直流的换流器同一对桥臂可同时导通，形成短路通路导致换相失败，无法继续给交流侧提供短路电流。柔性直流采用基于电压源的换流器，其电压值在故障期间不会发生剧烈变化，换流器不具备换相失败的条件，可以持续换相，通过仿真测量流经各半桥的电流，发现电流较大且上下桥臂之间始终可以形成一条或多条通路，柔性直流持续向短路点提供电流，通过仿真分析验证了柔性直流向交流系统注入短路电流的机制。分析了短路类型、短路发生时刻、柔性直流输送功率、短路点位置、控制系统参数、输出电流限幅对柔性直流注入交流侧短路电流大小的影响，得出如下结论:与其他短路故障相比，三相永久短路故障时柔性直流提供的短路电流最大，永久故障比瞬时故障时柔直提供的短路电流更大;电流正向或负向过零时发生短路故障，柔性直流提供的短路电流最大;柔性直流提供的短路电流与输送功率呈正相关;受线路电抗和对地电容影响，短路点位置越远，柔性直流提供的短路电流先减小后增大;定电压控制比例控制系数kp对柔性直流提供的短路电流影响较小;输出电流限幅环节可以显著减小柔性直流提供的短路电流，对不同电流限制器的优缺点进行了对比，安装固态限流器经济性更好，可显著抑制短路电流。电网规划阶段在考虑接入柔性直流输电系统时，应考虑逆变侧交流系统短路时，柔性直流向短路点提供的电流。仿真时可依据最严重情况即换流变出口处发生三相永久短路故障，分析柔性直流提供给交流系统短路电流的大小，选择参数合适的限流电抗器和断路器等设备，从而保证柔性直流接入后短路电流水平可控和电网安全稳定运行。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 交流系统短路电流计算标准

1．2．2 柔性直流系统贡献短路电流的研究现状

1．3 PSCAD仿真软件简介

1．4 本文研究的内容和目的

第2章 柔性直流输电系统

2．1 IGBT概述

2．2 IGBT工作结构和特性

2．2．1 IGBT基本组成和工作原理

2．2．2 IGBT的转移特性和动态特性

2．3 柔性直流系统的组成

2．4 柔性直流的常见类型及其特点

2．4．1 两电平换流器

2．4．2 三电平换流器

2．4．3 多电平换流器

2．5 柔性直流系统控制结构

2．5．1 外环有功功率控制

2．5．2 内环控制

2．6 小结

第3章 交流侧短路期间柔性直流暂态过程

3．1 两电平换流器

3．2 柔性直流系统提供短路电流的暂态过程分析

3．3 受端交流电网故障冲击的影响

3．4 柔性直流系统提供短路电流的测量

3．5 小结

第4章 柔性直流系统提供短路电流的影响因素

4．1 短路故障类型

4．2 故障发生时刻

4．3 柔性直流输送功率

4．4 控制系统参数

4．5 短路点位置

4．6 电流动态限幅

4．7 小结

第5章 减小短路电流的措施

5．1 传统短路电流限制措施

5．2 短路限流器研究现状

5．2．1 材料型短路限流器

5．2．2 非材料型短路限流器

5．3 加装短路限流器后效果对比

5．3．1 不同短路故障类型

5．3．2 不同输送功率

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论与创新点

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢